Одобрено - Новороссийский колледж радиоэлектронного
реклама
Министерство образования и науки РФ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «НОВОРОССИЙСКИЙ КОЛЛЕДЖ РАДИОЭЛЕКТРОННОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ» МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ по дисциплине «Биология» организация урока по теме: «Законы Менделя» Новороссийск 2010 Одобрено УТВЕРЖДАЮ цикловой комиссией математических и общих естественно-научных дисциплин Председатель ЦК: Зам. директора по УР ________ Н.И. Бобровная «___» ___________ 2010г. __________Е.И.Миронова «___» __________ 2010 г. Согласовано Зам. директора по НМР ________ Е.В. Заслонова «___» __________ 2010 г. Разработала: Кескевич С.М. – преподаватель биологии, экологических основ природопользования и естествознания НКРП Введение Генетика - молодая наука. Но достижения генетиков впечатляют: если в 1956 году было известно 700 наследственных заболеваний, то в 1992 году количество наследственных заболеваний, передающихся по наследству, возросло до 5710. появились новые методы исследования: медикогенетическое консультирование, позволяющее выявлять и предупреждать болезни и патологии на ранних стадиях развития организма. Исследования, предусмотренные глобальным международным проектом «Геном человека», показали, что геном человека это 30 тыс. генов, а не 100 тыс., как предполагалось ранее. Человечество пока слабо осознаёт возможности, которые открывает перед ним генетика. В нынешнем веке ему предстоит увидеть реальные результаты и последствия применения генетики в растениеводстве, животноводстве, медицине, а также в получении чистых и сверх чистых химических веществ и элементов. С генетикой связаны самые смелые надежды, но она может таить в себе и серьёзные угрозы. Чем мощнее технология, тем больше осторожности требует её применение, тем большим объёмом знаний должны обладать те, кто считает себя вправе ставить эксперименты и высвобождать невиданные доселе силы природы. Генетику определяют как науку, изучающую закономерности наследственности и изменчивости живых организмов. Эти два свойства являются неотъемлемыми свойствами живых организмов. Они лежат в основе всех жизненных проявлений. Без наследственности и изменчивости невозможна была бы эволюция жизни на Земле. Любой организм, населяющий нашу планету, является «продуктом» длительной эволюции живой природы, в нём отражены все общебиологические закономерности. Генетика ищет ответы на вопрос о том, почему живые существа такие, какие они есть, и каким образом и почему они могут меняться. Генетика трудна для восприятия студентами, особенно решение генетических задач. Поэтому данное пособие создавалось для того, чтобы в легко доступной форме преподнести материал, в частности законы Менделя, и уметь применять эти законы для решения некоторых видов генетических задач. Данное пособие содержит логически изложенный материал, сопровождающийся показом слайдов. Приводится алгоритм решения генетических задач на моногибридное и дигибридное скрещивание. Аннотация В соответствии с рабочей программой по дисциплине «Биология» предусматривается изучение темы «Основные закономерности наследственности». Эта тема изучается на четырёх занятиях дисциплины Биология, включая практическую работу «Составление схем моногибридного и дигибридного скрещивания. Решение генетических задач». Основой для решения задач на практической работе является знание закономерностей, открытых Г.Менделем, т.е. законов Менделя. Эта тема трудна для восприятия студентами. Поэтому было разработано методическое пособие по организации урока «Законы Менделя» в помощь студентам 1 - го курса, изучающим дисциплины «Биология» и «Естествознание» при подготовке к занятиям по данной теме, где собранный материал изложен в доступной форме (в виде лекции и презентации). В данном пособии показан способ решения генетических задач. Содержание Введение…………………………………………………………………….3 Основная часть…………………………………………………………………….4 1.Методическое обоснование темы………………………………………6 2.Методические рекомендации по уроку………………………………...6 Приложение А (план урока) Приложение Б (лекция) Приложение В (презентация к уроку) Основная часть 1. Методическое обоснование темы В программе на изучение темы «Основные закономерности наследственности» выделено всего 7 часов. Законы Менделя являются основопологающей темой в разделе «Генетика», так как знание закономерностей, открытых Г. Менделем, всегда используется в решении генетических задач различного типа. При выполнении практической работы №1 «Составление схем моногибридного и дигибридного скрещивания. Решение генетических задач» студенты должны овладеть генетической терминологией и алгоритмом решения генетических задач. В соответствии с рабочей программой по дисциплине «Биология» тема занятия - «Законы Менделя». Перед преподавателем ставятся следующие цели урока: образовательная: продолжить формирование у студентов генетических понятий; воспитательная: создание ситуации успеха; развивающая: развитие у студентов умений самостоятельно применять полученные знания при решении задач. На уроке решаются следующие задачи: - раскрыть сущность гибридологического метода изучения наследования признаков; - раскрыть сущность законов Менделя и дать им формулировку; - рассмотреть явление неполного доминирования; - сформировать у учащихся умение работать с генетической символикой и решать задачи. В результате изучения темы урока студент должен: иметь представление: - о гибридологическом методе исследования; - о типах скрещивания; - о законах Менделя; знать: - генетические термины и символы; - алгоритм решения задач; уметь: - решать задачи. Методическое назначение информационных технологий: обучающая, демонстрационная. Аппаратное обеспечение ИТ: интерактивная доска, проектор, компьютер. 2. Методические рекомендации по проведению урока При проведении урока использовались следующие методы: словесные методы обучения: рассказ (лекция) Рассказ - это изложение учебного материала, применяемое для последовательного, доходчивого и эмоционального преподнесения знаний. Ведущая функция данного метода - обучающая. К рассказу как методу изложения обычно предъявляется ряд требований: - содержать только достоверные и научно проверенные факты; - включать достаточное количество ярких и убедительных примеров, фактов, доказывающих правильность выдвигаемых положений; - иметь четкую логику изложения; - быть эмоциональным; - излагаться простым и доступным языком; - отражать элементы личной оценки и отношения преподавателя к излагаемым фактам, событиям практический метод обучения – упражнение На этапе закрепления изученного материала использовался такой вид упражнения, как тренировочное. Его используют с целью формирования практических умений и навыков путем систематических осознанных упражнений и действий при решении генетических задач репродуктивный метод обучения Репродуктивный метод обучения используется для приобретения студентами умений и навыков пользоваться полученными знаниями. Суть метода состоит в многократном повторении способа деятельности по заданию преподавателя. Деятельность педагога заключается в разработке и сообщении образца, а деятельность студентов - в выполнении действий по образцу. Выделяются следующие признаки репродуктивного метода обучения: - преподаватель сам сообщает и разъясняет учебный материал; - студенты воспроизводят изученный материал, отвечая на вопросы преподавателя; - необходимая прочность усвоения обеспечивается путем многократного повторения изученного. Все генетические понятия закрепляются в ходе различного типа решения задач. План лекции 1. Гибридологический метод. 2. Моногибридное скрещивание I закон Менделя II закон Менделя Закон доминирования при неполном расщеплении 3. Дигибридное скрещивание III закон Менделя 4. Статистический характер законов Менделя 1. Гибридологический метод (слайды 4 - 8) В основу своих опытов Мендель положил гибридологический метод. Суть его заключается в скрещивании организмов, отличающихся друг от друга по 1 или нескольким признакам. Поскольку потомков от таких скрещиваний называют гибридами, то и метод был назван гибридологическим. Мендель проводил свои эксперименты на разных сортах гороха: из 34 сортов гороха посевного он выбрал 22 сорта, обладающих чётко выраженными различиями по 7 парам альтернативных (контрастных, взаимоисключающих) признаков: Признак Окраска семян Форма семян Окраска цветков Положение цветков на побегах Высота стебля Форма бобов Окраска бобов Доминантный жёлтая гладкая красные пазушные Рецессивный зелёная морщинистая белые верхушечные длинный вздутые зелёные короткий членистые жёлтые Выбор гороха посевного был продиктован следующими условиями: - много сортов, чётко различающихся по ряду признаков; - растения легко выращиваются; - пестики и тычинки цветков полностью прикрыты лепестками, и растения самоопыляемые, т.е. его сорта размножаются в чистоте, и признаки из поколения в поколение не изменяются; - возможно скрещивание сортов и получение плодовитых потомков. Успех Менделю обеспечил не только удачно выбранный объект (садовый горох), но и ряд условий, которые он соблюдал: - вёл количественный учёт в потомстве, т.е. подсчитывал растения с различными признаками отдельно; - вёл индивидуальный учёт потомства, полученного от самоопыления каждого растения; - ввёл буквенные обозначения «наследственных факторов» (генов), что позволило ему легко объяснить полученные результаты; - предположил парность определения наследственного признака, т.е. признак определяется парой «наследственных факторов». При образовании половых клеток в каждую из них попадает только один из пары «наследственных факторов». Организмы, принадлежащие к чистым линиям, имеют либо 2 доминантных гена (АА), либо 2 рецессивных гена (аа) и образуют соответственно один тип гамет (А или а). Если организм несёт в клетках как ген доминантного, так и ген рецессивного признака (Аа), то он будет образовывать 2 типа гамет (А и а). 2. Моногибридное скрещивание (слайды 9 – 14) Моногибридное скрещивание - это скрещивание организмов, анализируемых по одной паре альтернативных (доминантного и рецессивного) признаков. Для первого эксперимента естествоиспытатель выбрал сорта гороха, различающиеся по цвету семян: жёлтые и зелёные. Поскольку горох является самоопыляющимся растением, то у растений одного сорта все семена были зелёными, у другого только жёлтые. В первой серии опытов все остальные признаки во внимание не принимались и при анализе не учитывались. Г.Мендель провёл искусственное перекрёстное опыление и скрестил сорта, различающиеся по цвету семян. Была выявлена следующая закономерность: к какому бы сорту ни принадлежало материнское растение (с жёлтыми или зелёными семенами), семена гибридного растения оказывались только жёлтыми. Во второй серии опытов учёный брал сорта гороха, различающиеся по текстуре поверхности семян: гладкие и морщинистые. И здесь получилась сходная картина: при любых вариантах скрещивания у гибридных растений семена были только гладкими Р ♀ АА ж. Гаметы F1 А, А x ♂ аа з. а, а Аа Аа Аа Аа ж. ж. ж. ж. Гетерозиготы по генотипу Все жёлтые по фенотипу Мендель сделал вывод, что у гибридов первого поколения проявляются признаки только одного из родителей. Такие признаки он назвал доминантными, а непроявляющиеся признаки – рецессивными. Это явление получило название 1 закона Менделя (закон доминирования или закон единообразия гибридов первого поколения): при скрещивании двух гомозиготных родительских форм, отличающихся по одной паре альтернативных признаков, всё потомство в первом поколении будет единообразно Следующий эсперимент Менделя заключался в том, что гибриды первого поколения (F1) самоопылялись и во втором гибридном поколении (F2) появились растения с признаками обоих родителей. Произошло расщепление (разделение) признаков в определённом соотношении: ¾ гибридов несли доминантный признак (в нашем случае жёлтый цвет семян), ¼ гибридов имели рецессивный признак (зелёную окраску семян). Явление, описанное в 1 законе Менделя, показывает, что расщепления не произошло, так как признак определялся одинаковыми аллелями одного гена (АА и аа), т.е. был гомозиготен. Расщепление по доминантному и рецессивному признаку наблюдается в том случае, когда скрещивающиеся особи гетерозиготны по рассматриваемому признаку. В данном случае во 2 поколении наблюдается расщепление по видимым признакам в соотношении 3 с жёлтой окраской семян и 1 с зелёной окраской семян – это расщепление по фенотипу. Кроме того, расщепление идёт по сочетанию пар аллелей (1АА:2Аа:1аа), которое называют расщеплением по генотипу. Такое явление получило название II закон Менделя (закона расщепления признаков): при скрещивании двух гетерозиготных особей, анализируемых по одной паре альтернативных признаков, в потомстве наблюдается расщепление по фенотипу 3:1, а по генотипу 1:2:1. Р ♀ Аа x ♂ Аа ж ж Гаметы F2 А, а А, а АА Аа ж. ж. 1 : Аа ж. 2 : 3 : аа з. 1 - по генотипу 1 - по фенотипу Закон доминирования при неполном расщеплении В настоящее время известно много примеров неполного доминирования. Это форма наследования признаков, при которой у гетерозиготных гибридов первого поколения формируется промежуточный (средний) фенотип по сравнению с родительскими организмами. Впервые это наблюдалось у растения ночной красавицы по окраске цветков. Если использовать общепринятые обозначения то получится следующая схема: ♀ АА x к. ж Гаметы А, А ♂ аа б. Р а, а Аа Аа Аа Розовые F1 Аа Гетерозиготы по генотипу Все розовые по фенотипу ♀ Аа р. Р Гаметы F2 x ♂ Аа р. А, а АА Аа к. р. А, а Аа р. аа б. В данном скрещивании гибриды приобретут промежуточную розовую окраску и генотип будет Аа. У гетерозигот (Аа) при скрещивании оба аллеля могут образовывать промежуточные признаки, уклоняющиеся в сторону доминантного или рецессивного аллеля. Тогда расщепление по фенотипу и генотипу совпадает: 1АА : 2Аа : 1аа кр. : роз. : бел Здесь гетерозигота фенотипически отличается от обеих гомозигот. Т.о. закон доминирования при неполном расщеплении формулируется так: при скрещивании двух гетерозиготных особей, анализируемых по одной паре альтернативных признаков, при промежуточном характере наследования в потомстве наблюдается расщепление по фенотипу и генотипу 1:2:1. 3. Дигибридное скрещивание (слайд 15 - 17) Дигибридное скрещивание – скрещивание организмов, анализируемых по двум парам альтернативных признаков. В природных условиях могут скрещиваться особи, различающиеся по двум и более признакам. Для таких более сложных случаев существуют свои закономерности наследования признаков. Поскольку каждый организм характеризуется очень большим числом признаков, а число хромосом ограничено, то каждая из них должна нести большое число генов. Результаты дигибридного скрещивания зависят от того, лежат ли гены, определяющие рассматриваемые признаки, в одной хромосоме или в разных. Если гены находятся в разных парах хромосом, то пары признаков наследуются независимо друг от друга. Учёный наблюдал наследование не только окраски семян гороха (жёлтые – А, зелёные – а), но и одновременно с этим характер их поверхности (гладкая – В, морщинистая – в). В рассматриваемой серии опытов Г.Мендель скрещивал растения гороха, с одной стороны, с жёлтыми и гладкими семенами (ААВВ), с другой стороны – с зелёными морщинистыми семенами (аавв). В первом поколении все гибриды, как и ожидалось, имели жёлтые гладкие семена. Р ♀ ААВВ ж.гл. Гаметы F1 x АВ, АВ АаВв АаВв ♂ аа вв з.м. ав, ав АаВв АаВв Жёлтые гладкие Гетерозиготы по генотипу Мендель скрестил гибриды первого поколения между собой и получил следующие результаты, которые показаны в таблице, известной под названием решётки Пеннета, названной так по имени английского генетика Реджинала Пеннета (1875-1967). С помощью неё легко установить все возможные сочетания мужских и женских гамет. Гаметы родителей указываются по верхнему и левому краям решётки, а в ячейки вписываются генотипы зигот, образовавшихся при слиянии гамет. Р Гаметы ♀ Аа Вв x ♂ АаВв ж.г. ж.г. АВ, Ав, аВ, ав АВ, Ав, аВ, ав F2 Во втором поколении произошло независимое расщепление признаков – согласно гипотезе чистоты гамет, аллельные гены ведут себя как независимые, цельные единицы. Было получено: 315 - жёлтых гладких семян (генотипы: ААВВ, АаВв, АаВВ, ААВв), 108 - зелёных гладких (ааВВ,ааВв), 101 - жёлтых морщинистых (ААвв, Аавв), 32 – зелёных морщинистых (аавв). В целом расщепление по фенотипу дало 4 группы особей: с жёлтыми гладкими семенами – 9, с жёлтыми морщинистыми семенами – 3, с зелёными гладкими семенами – 3, с зелёными морщинистыми семенами – 1. Более кратко это можно записать как 9 АВ : 3Ав : 3аВ : 1ав. III закон Менделя (закон независимого наследования признаков) формулируется следующим образом: расщепление по каждой паре генов идёт независимо от другой пары генов. 4. Статистический характер законов Менделя В опытах с горохом при моногибридном скрещивании Г.Мендель получил соотношение по изучаемому признаку 3,0095 : 1,0, т.е. близкое к теоретически ожидаемому 3:1. Учёный оперировал сравнительно крупными числами (им было проанализировано более 8 тыс. семян), поэтому его результат был близок к расчётному. Более или менее точное выполнение соотношения 9:3:3:1 при дигибридном скрещивании также возможно лишь при анализе большого фактического материала. В частности, Г.Менделем было получено соотношение 9,84:3,38:3,16:1,0. Результаты такого анализа не свидетельствует о невыполнении законов Менделя. Законы генетики носят статистический характер. Из этого следует, что чем больше материала будет по расщеплению признаков будет рассмотрено и проанализировано, тем точнее будут выполняться статистические закономерности. При локализации генов в половых хромосомах или в ДНК пластид, митохондрий и других органоидов, результаты скрещиваний могут не следовать законам Менделя. Этап закрепления новых знаний Моногибридное скрещивание (полное доминирование) (слайд 18 - 19) Задача 1. При скрещивании мух дрозофилы с нормальными крыльями между собой в потомстве из 5347 мух 1338 были с загнутыми вверх крыльями. Определите характер наследования признаков и генотипы родителей. Решение: В потомстве произошло расщепление, следовательно, родительские мухи гетерозиготны. Учитывая, что в гетерозиготном состоянии может быть только доминантный признак, то нормальные крылья доминируют над загнутыми крыльями. Это подтверждает и тот факт, что при расщеплении мух с нормальными крыльями (4009) их примерно в 3 раза больше, чем с загнутыми вверх крыльями (1338), как и следовало ожидать по Менделю: Расщепление по генотипу 1:2:1, расщепление по фенотипу 3:1. Так как расщепление по фенотипу и генотипу не совпадают, то характер наследования признаков – полное доминирование. Р Гаметы F2 ♀ Аа н. А, а x ♂ Аа н. А, а АА Аа Аа аа н. н. н. з. 3н. : 1з. Моногибридное скрещивание (неполное доминирование) (слайд 20 - 21) Задача 2. На звероферме было получено потомство норок: 148 белых, 154 чёрных и 304 кохинуровых (светлая окраска счёрным крестом на спине). Определите генотипы и фенотипы родителей. Решение: Поскольку среди потомков наблюдается расщепление,то родительские самки и самцы должны быть гетерозиготными. Очевидно, что гетерозиготы должны быть кохинуровыми, так как по Менделю расщепление по генотипу должно происходить 1/4 АА : 2/4 Аа : 1/4 аа (также на звероферме преобладают именно кохинуровые). В природе тёмная окраска доминирует над светлой-1/4 чёрных (доминантный признак), 1/4 белых (рецессивный признак). Так как расщепление по фенотипу и генотипу одинаковое: 1/4 АА( чёрные – 154): 2/4 Аа (кохинуровые - 304) : 1/4 аа (белые – 128), то здесь наблюдается явление неполного доминирования. Р ♀ Аа x ♂ Аа к. к. Гаметы А, а А, а АА Аа ч. к. F2 Аа к. аа б. Дигибридное скрещивание (слайд 22 - 24) Задача 3. Посеяна жёлтая морщинистая горошина неизвестного происхождения. Какие могут быть семена на растении гороха, выросшем из этой горошины? Решение: Жёлтая окраска семян у гороха доминирует над зелёной, а морщинистые семена – рецессивный признак. Очевидно, что доминантный признак может быть как в гомозиготном состоянии (АА), так и в гетерозиготном (Аа). Поэтому на этом растении могут быть и жёлтые, и зелёные, но все морщинистые семена: Р ♀ ААвв x ♂ АА вв ж.м. м.м. Гаметы Ав, Ав Ав, Ав Аавв Аавв F1 Аавв Аавв Жёлтые морщинистые Р ♀ Аавв ж.м. Гаметы F1 x ♂ Аа вв м.м. Ав, ав ААвв Аавв Ав, ав Аавв аавв Жёлтые морщинистые зелёные гладкие Домашнее задание (слайд 25 - 27) Задача 1. Две чёрные самки мыши скрещивались с коричневым самцом. Первая самка в нескольких помётах дала 19 чёрных и 17 коричневых потомков, а вторая – 33 чёрных. Определите генотипы родителей и потомков. Задача 2. При скрещивании растений львиного зева, имеющего красные и розовые цветки, в потомстве появляются растения с красными и розовыми цветками, а скрещивание розовоцветковых и белоцветковых растений даёт в потомстве растения с розовыми и белыми цветками.Какого потомства следует ожидать от скрещивания между собой растений с розовыми цветками? Задача 3. Кареглазая женщина - правша вышла замуж за кареглазого мужчинуправшу. У них родился голубоглазый ребёнок - левша. Какие дети могут появиться у них в дальнейшем, если у человека имеется: а) ген А, отвечающий за количество красящего пигмента в радужной оболочке глаза; б) ген В, отвечающий за активное владение правой рукой?
